Только Word
Введение 4
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ 6
1.1 Пространственный метод фильтрации 6
1.2 Локальная фильтрация изображений 8
1.3 Линейные фильтры 10
2 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ.... 15
2.1 Описание алгоритмов линейной фильтрации 18
2.2 Описание алгоритмов нелинейной фильтрации 21
2.2 Программная реализация последовательных алгоритмов пространственной фильтрации 24
2.4 Разработка программ локальной фильтрации изображений 27
3 ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ 28
4 РАЗРАБОТКА МНОГОПОТОЧНЫХ ПРОГРАММ 36
5 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ЕГО РЕЗУЛЬТАТОВ 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 45
ПРИЛОЖЕНИЯ 47
Обработка графической информации с использованием средств вычислительной техники играет важную роль в разнообразных отраслях деятельности человека. На сегодняшний день те отрасли техники, что занимаются получением, обработкой, хранением и передачей информации, во многом ориентируются на усовершенствовании систем, в которых информация имеет графический вид. Изображение, представляющее собой двумерный массив элементов с неотрицательными значениями, соответствующих значению пиксела, является несомненно ёмким носителем информации.
При преобразовании и передаче изображения искажаются под действием помех, вследствие чего теряются участи изображения и ухудшается визуальное качество. Для ослабления действия помех используют такой метод обработки графической информации как цифровая фильтрация. Задачей этого метода служит как усовершенствование (восстановление, реставрация) изображения по какому-либо определенному признаку, так и специальное видоизменение, радикально меняющее изображение. В случае преобразования обработка может быть предварительным этапом для дальнейшего распознавания изображения. Огромное разнообразие методов и алгоритмов обработки изображений обусловлено множеством решаемых задач, и областей применения.
Цифровая обработка изображений является бурно развивающейся областью науки. Исследование и разработка методов и алгоритмов обработки и анализа информации, представленной в виде цифровых изображений, является очень актуальной задачей. Цифровые изображения подвержены воздействию различных типов шумов, которые могут возникать от способа получения изображения, технологии передачи информации, методово оцифрования данных.
Как правило, обрабатываемые изображения имеют большой объём, и так же актуальной становится проблема ускорения процесса обработки. Учитывая «локализацию вычислений» для ускорения есть возможность распараллеливания объема данных между потоками. Благодаря их доступности в качестве аппаратного обеспечения могут быть выбраны многопроцессорные системы с общей памятью. Кроме того, на сегодняшний день такие производители процессоров, как Intel и AMD, одной из приоритетных областей признаны повышение производительности.
Целью работы является разработка и исследование алгоритмов пространственной фильтрации изображений.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Выполнить анализ методов цифровой фильтрации изображений.
2. Реализовать на языке С++ программы пространственной фильтрации изображений.
3. Реализовать на основе разработанных программ пространственной фильтрации многопоточные программы.
4. Исследовать работу реализованных программ.
В ходе выполнения магистерской диссертации выполнен анализ методов пространственной цифровой фильтрации изображений, исследованы методы линейной и нелинейной пространственной фильтрации. Выявлено, что применение линейных фильтров, в которых отклик не зависит от значений пикселов анализируемой окрестности, хорошие результаты дает при расфокусировки изображений, когда требуется выделить крупные объекты на изображении. Нелинейный медианный фильтр позволяет снизить уровень шума на изображении, но его применение способно удалить некоторые детали на изображении. В случае использовании градиентного фильтра можно подчеркнуть контуры, а также подчеркнуть некоторые дефекты, трудно различимые на полутоновом изображении.
Были реализованы программы пространственной фильтрации изображений, результаты которых подтверждают данные исследования методов пространственной фильтрации. Для ускорения выполнения фильтрации были разработаны многопоточные программы пространственной фильтрации изображения, отличительной особенностью которых является использование поддержки многопоточности в стандарте C++14, что позволяет переносить исходные тексты программ между операционными системами разных производителей.
Основные результаты работы докладывались на конференциях и были опубликованы в материалах конференций с включеним в библиографическую базу данных РИНЦ.
